CC BY
9
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 160
1966
КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКЦИИ ЯКОРЯ В БЕСКОЛЛЕКТОРНЫХ ЭМУ
А. И. СКОРОСПЕШНЫЙ, Э. Н. .ПОДБОР,СКИИ
(Представлена семинаром кафедр электрических машин и общей электротехники)
С развитием полупроводниковой техники появилась возможность создать бесколлекторные ЭМУ, не имеющие скользящих контактов, однако, способ компенсации реакции якоря в предложенных схемах [1] этих усилителей имеет тот существенный недостаток, что позволяет осуществить компенсацию только продольной составляющей н.с. реакции якоря.
На рис. 1 представлена схема бесколлекторного ЭМУ, в которой компенсируется реакция якоря как по продольной, так и по поперечной осям. Обмотка 1 с числом пар полюсов рд служит для запуска асинхронного двигателя. При включении обмотки управления 2 на постоянное напряжение в статоре усилителя возникает поток управления с числом пар полюсов Р] и в обмотке 3 наводится э. д. с. Выпрямитель 4, собранный на полупроводниковых диодах, предназначен для
питания обмотки 5, которая создает поток с числом пар полюсов Рг, вращающийся относительно статора. В обмотке 6 этот поток наводит э.д.с. При включении выпрямителя 7 на нагрузку по обмотке 6 протекает переменный ток и создает н.с. реакции якоря. Компенсация продольной составляющей н.с. реакции якоря ведется за счет увеличения тока в обмотке 5 при увеличении нагрузки с помощью обмотки обратной связи 8.
Сопротивлением 9 регулируется степень продольной компенсации.
Для компенсации поперечной составляющей н.с. реакции якоря используется обмотка 10, сдвинутая на 90 электрических градусов относительно обмотки 5. Пропорционально току нагрузки будут расти: н.с. обмотки. 11, напряжение на выходе выпрямителя 12, питающегося от обмотки 13 и, следовательно, ток в обмотке 10. Степень поперечной компенсации регулируется сопротивлением 14.
Обмотка 13 служит вторичной обмоткой для приводного двигателя и одновременно является генераторной для питания выпрямителя 12, а обмотка 11 с числом пар полюсов Р1 служит обмоткой возбуждения.
На рис. 2 представлена векторная диаграмма выходного каскада неявнополюсного усилителя в предположении, что ток, напряжение и э.д.с. изменяются во времени по синусоидальному закону и параметры машины постоянны. Для упрощения выводов, а также для получения наиболее удобного при практических расчетах уравнения внешней характеристики вектор напряжения направляется по вещественной оси а, которая опережает ось р на 90° при вращении векторов против часовой стрелки. На рисунке обозначены:
Е5о — фазное значение э.д.с. выходной обмотки при холостом ходе,
Ек—э.д.с. компенсации, Ек(], Ещ — компенсирующие э.д.с. соответственно по продольной и
и поперечной осям, ]13Хсх51Пср-падение напряжения в синхронном индуктивном сопротивлении, спроектированное на вектор напряжения,
jIsXcxcos? —падение напряжения в синхронном индуктивном сопротивлении, спроектированное на ось, Is rs — падение напряжения в активном сопротивлении выходной обмотки.
Из диаграммы рис. 2 находим фазное напряжение: UH = (ESo + Ека)2 + EKq2— (Is ХСх cos ф — Is rs sirup)2 —
— Is Хсх sin Ф — Is rs cos ф, (1)
где
Rad = г~~ — сопротивление намагничивания,
Wocd — число витков обмотки обратной связи по продольной оси,
Wy — число витков обмотки управления, IoCrf =Kocd 1н — т°к обмотки обратной связи по продольной оси, Kocd — коэффициент обратной связи по продольной оси,
EKq = Raq K0Cq IH;
Rdq — сопротивление намагничивания по поперечной оси, locq — Kocq ^н — ток обмотки обратной связи по поперечной оси. Напряжение на выходе усилителя при постоянстве сигнала управления в общем случае будет равно
Ьн = [j/(eso + Raá Kocd 1н )2 + (R-q Kocq У* "
- Ki2 IH2 (Xcx cos <p - rssin cp)2 — Ki Xcx IH Sin ф — Ki I,H rs cos ф J f
(2)
где
ir Us
Ku = --отношение действующего значения фазного напряже-
Uh
ния к выпрямленному,
— —отношение действующего значения фазного тока к вы-'н
прямленному.
I. Внешняя характеристика при «полной поперечной компенсации»
Этот режим имеет место при
R«qK0cq= Ki(Xcxcos<p — rssin<p)
и практически осуществляется установкой движка сопротивления 14 в таком положении, при котором кривая фазного напряжения имеет наименьшее искажение во всем диапазоне изменения нагрузки.
В этом случае уравнение внешней характеристики значительно упрощается и принимает вид:
и„ - ¿"(Eso + R»d KocdIH y~ Ki XQx Ih Sin Ф — Ki rs h cos ф. (3)
Из уравнения (3) видно, что, изменяя сопротивлением 9 коэффициент обратной связи по продольной оси, можно регулировать жесткость внешних характеристик.
Следует заметить, что уравнение (3) справедливо только при по-стоянных параметрах усилителя, а при изменении нагрузки изменяется индуктивность выходной обмотки и взаимная индуктивность выходной обмотки и обмотки 5. Но учитывая, что отношение этих индуктив-ностей практически не зависит от тока нагрузки, уравнение внешней характеристики бесколлекторного ЭМУ при полной поперечной компенсации и ненасыщенном первом каскаде примет вид:
1 X К Ki
ин - 77-(Eso + KocdRadIH) --—XcxiHSincp — ~ rsIHC0S9.
В этом уравнении угол
где у — угол коммутации, а — угол зажигания.
Углы у и а можно рассчитывать по формулам [2]. Xqx0 — ненасыщенное синхронное индуктивное сопротивление выходного каскада.
Коэффициенты Ki и Ки определяются соответственно по кривым 1 и 2 рис. 3, а зависимости Х0х для нескольких значений Kocd определяются кривыми 3, 4 рис. 3.
Экспериментально были получены внешние характеристики при полной поперечной компенсации с различной жесткостью, для которых Kocq ~ const, a Kocd — var.
На рис. 4 эти характеристики показаны сплошными линиями и для сравнения показаны пунктирными линиями характеристики, рассчитанные по уравнению (4). Как видно из рисунка, расчеты дают вполне удовлетворительные результаты. Важными достоинствами этого режима являются прямолинейность внешних характеристик и минимальный уровень пульсаций выходного напряжения.
Рис. 4.
Однако эти характеристики прямолинейны только до определенных значений токов нагрузки. С дальнейшим возрастанием нагрузки, как было установлено из опыта, начинается насыщение первого и дополнительных каскадов усилителя. Это ведет к тому, что рост токов в обмотках 5 и 10 замедляется, реакция якоря по продольной и поперечной осям оказывается недокомпенсированной и линейность внешних характеристик нарушается. Напряжение на выходе при этом начинает снижаться более резко.
II. Внешняя характеристика усилителя без поперечной компенсации с э.д.с. продольной компенсации, линейно зависящей от тока нагрузки
В имеющихся схемах [1] бесколлекторных ЭМУ возможен только этот режим работы, который в данном усилителе получается при закороченной обмотке 11.
На рис. 5 представлены экспериментально полученные внешние характеристики при различных коэффициентах обратной связи Кос^ (кривые I, 2, 3). Нелинейность этих характеристик затрудняет практическое использование и делает необходимым применение дополнительных устройств для получения линейных характеристик.
III. Внешняя характеристика усилителя без продольной компенсации с компенсацией поперечной реакции якоря, пропорциональной току нагрузки
Это г режим работы осуществляется при замкнутой накоротко обмотке 8. На рис. 5 кривыми 4, 5, 6 показаны внешние характеристики, полученные экспериментально при различной степени поперечной компенсации. Из кривых видно, что -внешняя характеристика имеет тем большую кривизну, чем больше степень поперечной компенсации отличается от полной поперечной компенсации, которой соответствует кривая 5.
Рис. 5.
Выводы
1. Наибольший интерес для практических целей представляет режим полной поперечной компенсации, обеспечивающий линейные внешние характеристики.
2. Все семейство внешних характеристик, в том числе и линейных, реализиуется с помощью одной лишь линейной обратной связи по току, поэтому не требуется дополнительных устройств для получения линейных характеристик.
3. Величина тока установившегося короткого замыкания определяется насыщением первого и дополнительного каскадов усилителя и может быть заранее выбрана из условия допустимой перегрузки.
